電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法

1、電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法近幾年來(lái)，車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)作為節(jié)能與新能源汽車的核心零部件，受到了社會(huì)的關(guān)注和人們的歡送，許多企業(yè)紛紛投入到車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)中。隨著車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的不斷深入，需要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和引導(dǎo)。以我國(guó)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)和應(yīng)用情況為依據(jù)，以適應(yīng)我國(guó)電動(dòng)汽車的需求為目標(biāo)，通過(guò)制定和實(shí)施本標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)和引導(dǎo)企業(yè)的生產(chǎn)行為，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。標(biāo)準(zhǔn)的制訂要進(jìn)行認(rèn)真的本錢效益分析，使標(biāo)準(zhǔn)限值確實(shí)定與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)開(kāi)展水平和相關(guān)方的承受能力相適應(yīng)，具有先進(jìn)性和可操作性，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。本標(biāo)準(zhǔn)的起草主要參照了以下標(biāo)準(zhǔn)或文件：GB/T 18

2、488.1 -2006電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器技術(shù)條件?GB/T 18488.2 -2006電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器試驗(yàn)方法?GB/T 19055 -2003汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法?GB/T 12678 -90汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法?GB/T 19750 -2005混合動(dòng)力電動(dòng)汽車定型試驗(yàn)規(guī)程?GB/T 3187 -94可靠性、維修性術(shù)語(yǔ)?GJB 899B -1990可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)?GJB 1391 -92故障模式、影響及危害性分析程序?GB/T 21975 -2021起重及冶金用三相異步電動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法?JB/T 50136.2 1999隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)隔爆組件可靠性指標(biāo)評(píng)定

3、方法實(shí)驗(yàn)室法?標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容及依據(jù)1.范圍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)在臺(tái)架上的一般可靠性試驗(yàn)方法，其中包括可靠性試驗(yàn)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)及可靠性評(píng)定方法。適用于最終動(dòng)力輸出為電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)。2.試驗(yàn)條件1車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的套數(shù)本標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有明確規(guī)定。 但是，考慮到可靠性試驗(yàn)的試驗(yàn)周期長(zhǎng)，占用設(shè)備和人員多， 本錢高，一般只用1套，因此本標(biāo)準(zhǔn)給出的試驗(yàn)工況也是1套被試樣品的工況。試驗(yàn)電源 可靠性試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，只用蓄電池難以滿足長(zhǎng)期和負(fù)荷循環(huán)工作的電壓、電流持續(xù)性要求，必須采用大功率動(dòng)力直流電源，或者由動(dòng)力直流電源和其它儲(chǔ)能耗能設(shè)備聯(lián)合提供。試驗(yàn)電源的工作電壓250V時(shí)

4、，其穩(wěn)壓誤差2.5V,試驗(yàn)電源的工作電壓250V時(shí)，其穩(wěn)壓誤差應(yīng) V 土1%X被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)工作直流電壓。參考國(guó)內(nèi)外已有功率電源的輸出特性規(guī)定 了穩(wěn)壓精度的要求，因?yàn)殡妷旱姆€(wěn)定性會(huì)影響車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的損耗和效率特性。冷卻電機(jī)的冷卻方式對(duì)不同的車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)有不同的形式，原那么是盡量模擬，方便實(shí)現(xiàn)。-對(duì)于風(fēng)冷的電機(jī)或控制器，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)帶有實(shí)際裝車時(shí)的風(fēng)冷電機(jī)； -對(duì)于自然冷卻的電機(jī)或控制器，可外加風(fēng)機(jī)對(duì)電機(jī)或控制器進(jìn)行冷卻； -對(duì)于液冷的電機(jī)或控制器，應(yīng)盡量采用制造廠規(guī)定的冷卻液；3.試驗(yàn)程序故障的處理時(shí)間考慮到溫升對(duì)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的壽命有很大影響，停機(jī)時(shí)會(huì)導(dǎo)致車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的溫度

5、下降，為了對(duì)考核時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償，停機(jī)時(shí)和恢復(fù)工作后的假設(shè)干循環(huán)不計(jì)入 實(shí)際工作時(shí)間。4.可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(1)可靠性試驗(yàn)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間確實(shí)定電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)缺乏可靠性長(zhǎng)期運(yùn)行的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)“十一五期間“863課題“車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)和快速評(píng)價(jià)方法研究和其它合作單位的協(xié)作研究，通過(guò)原理分析和仿真及局部試驗(yàn)，在參考發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和其它電機(jī)可靠性試驗(yàn)方法的根底上，確定402工作小時(shí)是比擬合理的試驗(yàn)考核時(shí)間。可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)所應(yīng)用的車輛類型進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。扭矩負(fù)荷循環(huán)按圖1和表1進(jìn)行。圖中：TNR額定扭矩(Nm);TPP-峰值扭矩，其中，被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)工作于額定工作

6、電壓或者最高工作電壓狀態(tài)時(shí)，被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)工作于最低工作電壓狀態(tài)時(shí)，(2)被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)工作額定工作電壓試驗(yàn)轉(zhuǎn)速ns保持1.1倍額定轉(zhuǎn)速nN-1此負(fù)荷下循環(huán)320h。(3)被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)工作于最高工作電壓，試驅(qū)轉(zhuǎn)速ns=1.1nN，此負(fù)荷下循環(huán)40h。(4)被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)工作最低工作電壓，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速,此負(fù)荷下循環(huán)40h。(5)被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電開(kāi)工作額定工作電壓、最高工作轉(zhuǎn)速和額定功率狀態(tài)，持續(xù)運(yùn)行2h。母線電壓考慮到電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電源有發(fā)電機(jī)和蓄電池，其電壓不穩(wěn)定，而直流母線電壓對(duì)控制器元器件的應(yīng)力有較大影響，一方面表達(dá)在電壓本身對(duì)器件的影響，另一方面，電壓變化時(shí)控制器為了到達(dá)

7、同樣的負(fù)載會(huì)調(diào)節(jié)電流，從而使得電機(jī)和控制器中的損耗發(fā)生變化，影響被試件的溫升和老化程度，所以采用了電壓變化的考核模式。 最高工作電壓和最低工作電壓的持續(xù)時(shí)間考慮了車載動(dòng)力蓄電池的充放電特性、循環(huán)工況和電動(dòng)汽車的能量分布形式。負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)1)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性。首先將負(fù)荷循環(huán)中的轉(zhuǎn)速保持不變， 降低了對(duì)負(fù)載的要求，并且可以防止負(fù)載和車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速扭矩同時(shí)變化的協(xié)調(diào)問(wèn)題；因?yàn)槭枪潭ㄞD(zhuǎn)速，為了考核對(duì)機(jī)械的加速，選擇的轉(zhuǎn)速為略高于額定轉(zhuǎn)速(1.1倍)，在最低工作電壓下，考慮到被試電機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷工作能力，選擇的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速有所降低；再就是對(duì)工況的數(shù)量和特性參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，工況主要通過(guò)扭矩區(qū)分，分額定扭矩、峰

8、值扭矩和額定扭矩回饋三種狀態(tài)，這些工況相對(duì)來(lái)說(shuō)比擬容易實(shí)現(xiàn)。2)最初制定的負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了不同能量分布車型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷分布特性，負(fù)荷循環(huán)過(guò)程較為復(fù)雜，但負(fù)荷循環(huán)中過(guò)于復(fù)雜的工況過(guò)程將給標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施增加了本錢和工作量的負(fù)擔(dān)，同時(shí)導(dǎo)致技術(shù)實(shí)施的復(fù)雜性，因此負(fù)荷循環(huán)最后采用了簡(jiǎn)化形式。3)從提高能量利用率的角度考慮，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)必須具備能量回饋功能，因此在負(fù)荷循環(huán)中具有負(fù)扭矩發(fā)電時(shí)段。負(fù)荷循環(huán)中以額定工況為主，兼顧電動(dòng)和發(fā)電。4)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)在路況的條件下其負(fù)荷一般小于額定功率，因此試驗(yàn)中的負(fù)荷設(shè)定在額定功率附近就能起到一定的加速試驗(yàn)作用，考慮到電機(jī)系統(tǒng)在不同類型電動(dòng)汽車配置中具有不

9、同的功能側(cè)重點(diǎn)，負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)三種比擬常用的車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)做了分別處理， 主要表達(dá)在發(fā)電、電動(dòng)以及額定扭矩和峰值扭矩的時(shí)間分配以及循環(huán)頻次上。考慮到車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)在高速工作時(shí)的可靠性問(wèn)題，增加了最高工作轉(zhuǎn)速的考核工程。5.檢查及維護(hù)(1)隨時(shí)檢查采用故障診斷器、 儀表和計(jì)算機(jī)等隨時(shí)監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)行數(shù)據(jù)，超過(guò)限值范圍時(shí)，發(fā)出警報(bào)或緊急停車。依據(jù)故障嚴(yán)重程度進(jìn)行處理。假設(shè)屬于被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障，那么算故障停車， 記錄故障停車時(shí)間、原因及處理情況。監(jiān)聽(tīng)被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行異響必要時(shí)采取措施。在1h內(nèi)適時(shí)記錄被測(cè)電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，電機(jī)控制器的直流母線電壓和電流、電機(jī)外表溫度以及冷卻液的溫度和流量。必要時(shí)

10、，進(jìn)一步檢查電機(jī)控制器功率元件的工作溫度。如果電機(jī)安裝有熱敏溫度傳感器，那么一并檢查電機(jī)繞組的工作溫度，并畫(huà)在以運(yùn)行持續(xù)時(shí)間(h)為橫坐標(biāo)的監(jiān)督曲線上。24h檢查時(shí)允許停機(jī)1次，巡視試驗(yàn)設(shè)備，并檢查連接如緊固件、管路、軟管、電纜及接口。檢查冷卻液液面高度，判斷冷卻液是否存在滲漏。停機(jī)檢查最多不超過(guò)0.5h。(2)故障及停機(jī)處理當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)進(jìn)行故障分析，排除故障并記錄。被中斷的負(fù)荷循環(huán)不計(jì)入驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 可靠性工作時(shí)間。如果停機(jī)超過(guò)1h,那么重新開(kāi)啟循環(huán)后的1h不計(jì)入驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可靠性工作時(shí)間。6.試驗(yàn)考核時(shí)間確實(shí)定驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可靠性考核的目的是驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性是不是滿足電動(dòng)汽車的需要，即判

11、斷電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品是否滿足可靠度要求，滿足那么接受這批產(chǎn)品。為了方便安排試驗(yàn)，因此采用定時(shí)截尾試驗(yàn)方法。為了盡快判定是否滿足要求，因此采用加速壽命試驗(yàn)，關(guān)鍵是加速應(yīng)力和加速系數(shù)確實(shí)定。考慮到試驗(yàn)條件的限制，加速應(yīng)力選用負(fù)載轉(zhuǎn)速和功率。經(jīng)過(guò)前期的研究說(shuō)明，電機(jī)系統(tǒng)中幾乎所有零部件的壽命的加速系數(shù)最后都?xì)w結(jié)為溫度的特 性方程，因此如果能提高系統(tǒng)各部件的溫度，就能提高加速系數(shù)， 而功率(最后歸結(jié)為損耗)將是影響溫度的有效方法。假定：(1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的效率近似不變；(2)路況條件下的平均功率為額定功率的60%(3)零部件的溫升只與損耗和熱阻有關(guān)，而熱阻不變，即零部件的溫升與損耗成正比；(4)環(huán)境溫度20

12、 C;假定額定工況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的壽命為=3000h,可靠度=0.9，置信度為90%,那么失效率為：由于只有一個(gè)樣本，因此允許失效數(shù)為0;那么樣品試驗(yàn)小時(shí)數(shù)和試驗(yàn)截止時(shí)間都為T=65563h。即正常試驗(yàn)必須做將近7年；因此必須從事可靠性加速試驗(yàn)。以電機(jī)繞組絕緣(絕緣等級(jí)F級(jí))為例，其加速系數(shù)與溫度的關(guān)系如下：式中T1為額定工況下的繞組溫度，T2為加速情況下的繞組溫度，B為常數(shù)。假定該電機(jī)在額定功率情況下的溫升為略低于F級(jí)絕緣的允許溫升，為100K,因此其額定工況下的溫升為60K,如果在額定功率下加速試驗(yàn)，那么加速系數(shù)為：Acoil1 = 33.6(3)即加速條件下的試驗(yàn)截止時(shí)間為：即試驗(yàn)195

13、1h不出現(xiàn)故障即可接受。假設(shè)希望試驗(yàn)截止時(shí)間為400h,那么要求加速系數(shù)為:繞組溫升121K,功率為額定功率的1.2倍。當(dāng)然，單純的功率增加對(duì)電機(jī)和控制器各局部的加速系數(shù)是不同的，特別是散熱方式的不同和對(duì)機(jī)械損耗的影響，因此該加速能力的估算是粗略的，僅作參考。7.最高電壓最低電壓時(shí)間確實(shí)定鐐氫蓄電池的平臺(tái)區(qū)域較小， 而鋰離子蓄電池的平臺(tái)區(qū)域要大很多。在純電動(dòng)汽車的應(yīng)用中，直流母線的電壓變化根本和蓄電池放電的特性一致，不過(guò)由于蓄電池配置的不同，放電倍率不同，最高電壓和最低電壓出現(xiàn)的時(shí)間也不同。然而，由于電動(dòng)汽車中不可防止的會(huì)出現(xiàn)短時(shí)峰值功率和能量回饋，即短時(shí)的高倍率放電和充電， 高倍率放電增加了低電壓出現(xiàn)的時(shí)間， 回饋那么增加了高電壓條件下工作的時(shí)間。在混合